6. Ионизирующие излучения

К ионизирующим относятся потоки частиц и квантов электромагнитных излучений, прохождение которых через вещество приводит к возбуждению его атомов и молекул, вырыванию отдельных электронов из электронных оболочек нейтрального атома. В результате атом, лишенный одного или нескольких электронов, превращается в положительно заряженный ион, а выбитые электроны обладают отрицательным зарядом, т. е. появляется отрицательный ион.

Все радиоактивные вещества характеризуются радиоактивностью, т. е. способностью самопроизвольного распада атомов некоторых химических элементов (урана, ория, плутония и др.) и превращение их в атомы других химических элементов с другим атомным номером и массовым числом.

Источниками ионизирующих излучений (ИИ) являются радиоактивные вещества, используемые в атомной энергетике, медицине, промышленности и естественные радиоактивные вещества (РВ), находящиеся в почве. атмосфере, гидросфере, теле человека и т. д. Источниками рентгеновского излучения на объектах связи могут являться электровакуумные приборы, используемые в аппаратуре связи и вычислительной технике (например, электронно-лучевые трубки и пр.).

В результате распада атомов химических элементов возникают радиоактивные излучения, к которым относятся:

альфа-излучения (ά-частицы) – поток положительно заряженных частиц – ядер атомов гелия, двигающихся со скоростью примерно 20 тыс. км/с:

бета-излучения (β-частицы) – поток положительно или отрицательно заряженных частиц (позитроны или электроны), распространяющихся со скоростью света:

гамма-излучения (γ-кванты), представляющие собой коротковолновые электромагнитные излучения с длиной волны λ^–8 см и по своим свойствам приближающиеся к рентгеновскому, но обладающие большей скоростью и энергией.

Особенностью радиоактивных излучений является их способность проходить через тела – проникающая способность – и накапливаться в телах, через которые они проходят, – кумулятивная способность.

При воздействии ионизирующих излучений на человека может иметь место внутреннее и внешнее облучение.

Внешнее облучение человека определяется постоянным присутствием в окружающей среде ИИ – нормальный радиоактивный фон, который постоянно присутствует в окружающей среде. Уровень такого фона для Российской Федерации лежит в пределах 5…25 мкР/ч. За время своего существования человечество постоянно подвергалось фоновому облучению, привыкло к нему и развивалось под его воздействием.

Внутреннее радиоактивное облучение человека возникает в результате попадания РВ в организм человека через органы дыхания, желудочно-ки-шечный тракт и раны на кожном покрове с воздухом, водой, пищей. Внутреннее облучение по своему воздействию в 2,5 раза выше внешней составляющей. Наибольший вклад в эффективную эквивалентную дозу облучения вносят калий-40, углерод-14, рубидий-37, полоний-210, радий-226 и др.

Биологический эффект ионизирующих излучений. При воздействия ИИ на организм человека в тканях могут происходить сложные физические, химические и биохимические процессы. При ионизации сложных молекул в результате разрыва связей между ними происходит их диссоциация – прямое воздействие ИИ. Более существенную роль играет косвенное воздействие, под которым понимают радиационно-химические изменения в данном растворенном веществе, обусловленном радиолизом воды. В результате радиолиза воды образуются свободные радикалы НО₂ –гидратный оксид и Н₂О₂ – перекись водорода. Появившиеся свободные радикалы и окислители обладают высокой химической активностью и вступают в реакции с молекулами белка, ферментов и другими элементами биологической ткани, что приводит к изменению биохимических процессов в организме человека. Нарушаются обменные процессы, подавляется активность ферментных систем, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму и пр. Все это приводит к нарушению отдельных органов тела человека и жизнедеятельности организма в целом. Биологический эффект ИИ зависит от суммарной дозы облучения, времени облучения, от размеров облучаемой поверхности и индивидуальных особенностей человека. В результате облучения в крови человека может уменьшаться количество лейкоцитов (может привести к снижению иммунитета к различным заболеваниям), тромбоцитов, эритроцитов, повышаться СОЭ и пр. Итак, ИИ при воздействии на человека могут вызвать два вида эффектов, которые клиническая медицина относит к болезням:

детерминированные пороговые эффекты (лучевая болезнь, лучевой дерматит, лучевая катаракта, лучевое бесплодие, аномалии в развитии плода и пр.);

стохастические (вероятностные) беспороговые эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни).

Для защиты населения от переоблучения установлены пределы доз, которые не включают в себя дозы от природного (фонового) и медицинского облучения, а также дозы, полученные в результате радиационных аварий. В этом случае за предел дозы принимается величина годовой эффективной или эквивалентной дозы техногенного излучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы. Соблюдение предела дозы облучения предотвращает возникновение детерминированных эффектов, а вероятность стохастических эффектов сохраняется на приемлемом уровне. Отсюда пределы доз облучения для населения не должны превышать 1 мЗв (0,1 бэр) в год, а за период жизни (70 лет) 70 мЗв (7 бэр).

Примечания.

Для оценки дозы облучения введены понятия поглощенной и эквивалентной доз облучения.

Поглощенная доза (Д_погл, Д_обл) – это количество энергии, поглощенное массой тела. В системе единиц СИ за единицу поглощенной дозы принимается энергия в 1 Дж на 1 кг массы, т. е. 1 Дж / 1кг. Эта единица получила название «грей». Следовательно, 1 Гр = 1 Дж / 1кг для любого вида ИИ. Внесистемной единицей измерения поглощенной дозы является «рад» – радиационная поглощенная доза. Рад – это такая доза облучения, при которой энергия в 100 эрг поглощается 1 г вещества. Отсюда 1 рад = 100 эрг / 1 г и 1 Гр = 100 рад.

Но поглощенная доза не учитывает биологической опасности данного вида облучения. Так известно, что ά- и β-излучения биологически опаснее, чем γ- и рентгеновское излучения. Для учета биологической опасности вводится коэффициент качества θ, показывающий, во сколько раз данный вид облучения биологически опаснее рентгеновского и γ-излучения при равной поглощенной дозе. В результате получили эквивалентную дозу облучения Д_экв.

Эквивалентная доза. В системе единиц СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах – Зв, где 1 Зв равен поглощенной дозе в 1 Гр, деленной на коэффициент качества θ, т. е. 1 Зв = 1 Гр / θ.

Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы является «бэр» – биологический эквивалент рентгена и 1 Зв = 100 бэр.

Для защиты населения и работающих используются средства индивидуальной и коллективной защиты. К средствам индивидуальной защиты относятся противогазы, респираторы, ватно-марлевые повязки и специальная одежда. К коллективным средствам защиты относятся защитные сооружения, противорадиационные укрытия (ПРУ), дома, подвалы домов и пр. Кроме этого, способами защиты населения являются временная и экстренная эвакуация, пожизненное переселение с загрязненных территорий в зависимости от уровней радиации и возможной дозы облучении.

Контрольные вопросы

1. Ионизирующие излучения и причины их возникновения.

2. Основные источники ионизирующих излучений на предприятиях связи.

3. Биологический эффект ионизирующих излучений, отдаленные последствия.

4. Основные способы защиты населения, рабочих и служащих от воздействия ионизирующих излучений.